基于神经网络的简支梁桥安全状态评估方法探讨.pdf

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1、垫!鱼生篁丝塑i蔓篁!里竺塑)．：塑堡墼墅坠—————————————————————：窒堡三堡基于神经网络的简支梁桥安全状态评估方法探讨■焦亮，姜雯，杨淳翔。周彦宇，姚澜一I四Jll农业大学土木工程学院，四川成都611830摘要：桥梁状态是一个动态的过程，在大型桥梁上都设有监测设施，保证桥梁的安全运营，但是中小桥梁由于分布较广，无法都安装监测设施，因此，对中小桥梁进行一种科学、有效的评估，显得尤为重要。国内外对简支梁桥桥的安全性评价问题尚无成熟的理论，研究处于初步阶段。本文基于神经网络的训练原理，探讨了桥梁检测的又一新技术手段。关键词：神经网络简支梁

2、桥评估方法1神经网络基本原理神经网络是模仿生物对外界信息做出反应的一种学习模式，通过相应算法的学习自身的调整，以达到判断准确的目的，通过大量的训练函数表明，径向基函数具有较好的适应性和学习的快速性，它以函数逼近理论为基础而构造的一类前向网络，在多维空间中寻找训练数据的最佳拟和平面，达到训练要求的目的，解决问题的需要，使工程实例评价更加精准。2网络结构形式网络的拓扑结构分两种形式，如下：(1)前馈型网络输入特点。只有输人，输出，没有反馈。结点可以分为两类，第一类：输入单元，第二类，计算单元，每一计算单元可有N个输入，但只有一个output(它可耦合到任意

3、多个其它结点作为其输入)，前馈网络可分为不同的层，第i层的输人只与1一i层输出相连，输入和输出节点与外界相连，中间层一般称为隐层。(2)反馈型网络的的输出适应性。如果将结点都看做是计算单元，那么输人就可以输出。NN的工作过程大致分为两个阶段：nol，学习期，此时各计算单元状态不变，，各连线上的权值可通过训练、学习来不断调整；n02，工作期，此时各连接权固定，计算单元状态变化情况，以达到稳定状态。从作用效果看，前馈网络主要是函数映射，可用于模式识别和函数逼近。反馈网络按对能量函数的极小点的利用来分类有两种：能量函数，主要用作各种联想存储器；第二类只利用全

4、局极小点，它主要用于求解最优化问题3简支梁桥特点主梁以孔作为单元来间隔，桥梁的两端不设支座，在力学上，属于静定结构，桥梁的最大弯矩在跨中央，适用于中、小跨度。由于是静定结构，不受地基不均匀沉降的影响。简支梁桥可以分片(或者分段)预先制造，然后分孔架设和修复。此种结构较为简单，运输和施工方便，节省很大造价，因此，在一些具体的施工环境，能得到广泛的应用。简支梁桥的支座，分为固定支座和活动支座，(1)固定支座，用来固定主梁的位置，使桥端在平面不能够发生移动，(2)活动支座，用来保证主梁在荷载、温度、钢筋混凝收缩和徐变作用下能够自由伸缩和转动，避免梁内产生额外

5、的附加内力。此外，公路桥在活动端的桥面处，还要求设置桥面伸缩缝，用来保证行车的平稳；铁路钢桥当温度跨度超过100米(位于无缝线路上为60米)时，应设钢轨伸缩调节器。4针对桥梁易损部分进行评价指标选取评价指标的选取，一直是评价合理的关键，参考最新颁布的通用桥涵养护规范，以及专家学者对于指标选取的建议，针对桥梁结构的构件，采用以下几种指标：钢筋锈蚀率、变形大小、裂缝长度、表面缺损情况、总体破坏是否严重等因素。裂缝的评价是对桥梁客观准确评价的重要因素，占很大比重，因此，针对选取的指标，进行了实地考察，发现，所选取的指标较为合理，评价是具有科学性和实践性的。5

6、工程实例灵武铁路黄河特大桥位于宁夏回族自治区灵武县境内，大桥全长1576．3米，桥型为24孔32米+10孔48米+9孔32米预应力混凝土箱形简支梁。该桥是自治区“八五”重点工程，是铁道部立项的科研项目。该桥采用的48米预应力混凝土箱形简支梁是当时国内铁路桥最大跨度的混凝土箱形简支梁，移动支架法拼架混凝土梁也属我国铁路史上首次采用。(见图1)通过神经网络训练，对桥梁状态进行分析：大量的神经网络径向基函数的训练，得到可靠的训练模式和内在识别，使得该程序对外家的因素能够做出准确反映，采用样本数据进行输入一输出，得到该桥梁的稳定系数为0．74，也就是该桥梁处于

7、稳定状态。为了使评价更为客观，笔者图1灵武铁路黄河特大桥亲自走访，到该桥进行了现场实地调研，发现以下特点：钢筋锈蚀率不严重，重点部位进行了防护措施，用抗腐蚀的材料将其进行包裹，防止雨水的冲刷、同时变形较小，不仔细识别，几乎无裂缝，该桥梁的保护还是较为健全，完善、裂缝长度、表面缺损基本没有、总体破坏不严重，因此，这更一步证实了评价的客观性，具有较好的工程实践性，为桥梁的评价一个可靠的理论依据。6结语桥梁的监测设施普及，是一个国家经济进步的体现，然而，对尚未实现监测的桥梁，安全评价显得尤为重要，国内外因为桥梁失稳造成的财产损失和人员伤亡已不计其数，每个国家

8、的学者都应对此研究重视。桥梁的监测、评估由于是一个不确定，带有模糊评价的过程，因此方法较为广泛